考虑过时信道状态信息的MIMO协作通信天线选择研究

摘要

多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术作为第四代及未来移动通信系统的关键技术，凭借其显著提升了频谱效率和成倍提高了系统容量的优势而具有广泛的应用前景。同样，中继协作技术也是第四代及未来移动通信系统的关键技术，能够有效扩大通信网络的覆盖范围，对抗信号衰落，带来空间分集增益，提高通信系统的可靠性。于是，MIMO技术和中继协作技术的有效融合自然获得了研究人员的关注。为了降低MIMO协作通信系统的复杂度，往往采用天线选择技术，同时，当存在多个中继可供选择时，还需要进行中继选择。当前有关MIMO协作通信系统天线选择及中继选择的成果不少，然而大部分研究都没有考虑中继或天线选择与数据发送之间存在时延，基于过时的信道状态信息（Outdated Channel State Information，Outdated CSI）做出的选择很可能会降低系统性能。基于此，本文开展考虑过时信道状态信息的MIMO协作通信天线选择研究，取得了一定成果，主要工作内容如下:
　　(1)在考虑过时信道状态信息的前提下，在放大转发（Amplify-and-Forward，AF）MIMO协作通信系统中提出了一种考虑过时信道状态信息的发射端天线选择方法，接收端采用选择性合并方式，推导得到了系统中断概率表达式以及渐进表达式。分析了过时信道状态信息和共信道干扰这些非理想因素对AFMIMO协作通信系统性能的影响，并与不考虑过时信道状态信息的情形进行了比较。数值和仿真结果表明:过时信道状态信息会造成AFMIMO协作通信系统的性能下降，同时，信道相关系数ρ越小，系统中断性能越差;随着节点天线数目的增加，中断概率降低，系统中断性能得到改善。
　　(2)为了应对过时信道状态信息对MIMO协作通信系统天线选择性能的影响，并考虑信道预测复杂度和性能之间的平衡，提出一种预测信干比的方法，并利用预测信干比进行天线选择。仿真结果表明，所提方法相对于基于过时信道状态信息的天线选择方法性能更优，且信道过时的程度越轻时，中断性能的改善程度越大。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 协作通信的发展

1．2．1 协作通信

1．2．2 协作模型

1．2．3 协作方案

1．2．4 协作通信中中继选择方法

1．2．5 协作通信中存在的问题

1．3 本文的主要内容及结构安排

第2章 MIMO技术的基本原理

2．1 MIMO系统模型

2．2 MIMO系统容量

2．2．1 发送端未知CSI时的信道容量

2．2．2 发送端已知CSI时的信道容量

2．3 MIMO系统的天线选择技术概述

2．3．1 天线选择系统结构

2．3．2 天线选择算法分类

2．4 基于最大信道容量的算法

2．4．1 随机算法

2．4．2 穷举算法

2．5 基于最大信噪比的天线选择算法

2．6 基于信道矩阵范数的算法

2．7 信号合并方式

2．7．1 最大比合并

2．7．2 等增益合并

2．7．3 选择合并

2．8 本章小节

第3章 考虑过时信道状态信息的MIMO中继天线选择性能

3．1 引言

3．2 系统模型

3．3 理想信道状态条件下的天线选择性能

3．4 过时信道状态信息条件下的天线选择性能

3．5 分析和仿真结果

3．6 本章小结

第4章 基于预测信干比的天线选择方法

4．1 信道预测算法简介

4．2 基于过时信道状态信息的天线选择回顾

4．3 基于预测信干比的天线选择方法

4．4 仿真分析

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢

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